Dimensionnement au feu du béton dans la 2e génération de l'Eurocode 2

Dans un premier temps, nous décrirons la nouvelle édition afin que vous puissiez l’aborder en toute confiance. Ensuite, nous mettrons en pratique la seconde option sur une poutre préfabriquée réelle, en montrant avec quelle facilité le processus peut être automatisé. (Les numéros d’articles renvoient à l’EN 1992-1-2:2023, sauf mention 2004.)

Ce qui a changé dans les normes - Résistance au feu

1. Les tableaux demeurent, mais les règles qui les encadrent se durcissent.

Les données tabulées restent la voie rapide et conservative, tandis que les méthodes de calcul sont prévues pour les éléments que les tableaux ne couvrent pas. L’édition 2023 conserve cette approche mais précise les limites : les résultats tabulés sont généralement considérés comme étant du côté de la sécurité par rapport aux essais et aux méthodes simplifiées ou avancées, et l’extrapolation au-delà du domaine indiqué n’est pas autorisée (art. 6.1(2)).

L’objectif est aussi de faire fonctionner les trois approches de manière plus cohérente. L’avant-propos confirme que les dispositions tabulées ont été mises à jour afin d’aligner les méthodes tabulées, simplifiées et avancées.

À quoi les tableaux sont-ils calibrés ?

Les dimensions minimales des tableaux reposent sur des hypothèses fixes. Les principales valeurs de référence restent largement inchangées :

• ηfi = 0,7 — le niveau de charge de référence (2004, art. 5.2(3) ; 2023, art. 6.2(1)).
• 500 °C — la température critique du ferraillage pour les éléments simplement appuyés sollicités en flexion, correspondant à environ 0,60 fyk pour ηfi = 0,7 et γS = 1,15 (2004, 5.2(4) ; 2023, art. 6.2(3), Note 1).

Il existe toutefois deux changements notables :

1. Conductivité thermique : l’édition 2004 permettait d’utiliser les données sur toute la plage admise de conductivité thermique. L’édition 2023 fournit une fonction unique de conductivité thermique.
2. ηfi : en 2004, une Annexe Nationale pouvait modifier cette valeur (2004, 5.2(3), Note). En 2023, ηfi = 0,7 est fixé à l’art. 6.2(1).

Le même article exige également de corriger les données tabulées lorsque les hypothèses de base ne s’appliquent pas, et exclut leur utilisation lorsque les facteurs matériaux ont été modifiés conformément à l’Annexe A de l’EN 1992-1-1.

2. La teneur en eau n’est plus un simple pourcentage : elle fait désormais partie du processus de décision.

Le principe de base reste le même dans les deux éditions : l’éclatement sévère doit être évité, ou son effet sur le comportement doit être pris en compte.

Mais le traitement de l’humidité a changé :

• 2004 : l’éclatement explosif était lié à un seuil d’humidité exprimé en pourcentage en masse, la valeur recommandée étant fixée par l’Annexe Nationale.
• 2023 : le pourcentage fixe disparaît. La teneur en eau est désormais considérée parmi d’autres facteurs pouvant influencer l’éclatement, notamment l’exposition, la charge, la retenue, la géométrie, les granulats, les additions, la teneur en air, les fibres, la perméabilité et la résistance.

L’édition 2023 introduit également un tableau de décision (Tableau 10.1) dédié. Il relie l’évaluation à quatre données d’entrée principales : la durée de résistance au feu, l’état d’humidité, la résistance du béton et la teneur en fumée de silice.

En d’autres termes, l’humidité n’est plus une valeur unique à vérifier : elle est un élément d’une évaluation plus large de l’éclatement.

3. L’isotherme 500 °C disparaît, et les graphiques de température cèdent la place à des formules.

L’édition 2004 proposait deux méthodes de section réduite dans l’Annexe B informative : la méthode de l’isotherme 500 °C et la méthode des zones (2004, 4.2.3, B.1.1(3) à (4), B.2(3)). Le texte de 2023 ne contient aucune méthode de l’isotherme 500 °C, et son article 7.3.2 n’utilise que la logique de la méthode des zones.

Pourquoi les résultats changent via la Partie 1-1 – L’EN 1992-1-2 est rédigée comme un complément au calcul à température normale. Elle identifie les différences ou ajouts par rapport à l’EN 1992-1-1 et cite l’édition 2023 de cette norme comme référence normative datée (art. 1.1(1)).

Ce lien est particulièrement net dans la vérification simplifiée en flexion :

• MRd,fi est valable sauf si As,prov/As,req > 1,3 (art. 7.3.3.2, expression 7.18).
• MEd et As,req proviennent tous deux de l’EN 1992-1-1.
• La méthode 2023 calcule la moyenne de la résistance réduite par la température sur chacune des barres tendues.

Quels sont les autres changements ?

L’EN 1992-1-1 elle-même a changé. La deuxième génération apporte des règles révisées pour le cisaillement et la torsion, un domaine d’application élargi couvrant les ponts, les structures de rétention de liquides et de confinement, le renforcement par PRFC et le béton renforcé de fibres d’acier, ainsi que de nouvelles annexes pour l’évaluation et le renforcement des structures existantes.

Le cisaillement et la torsion passent d’une annexe informative au texte principal. En 2004, la méthode de calcul du cisaillement, de la torsion et de l’ancrage figurait dans l’Annexe D informative, qui précisait que les ruptures par cisaillement dues au feu sont très rares et que les méthodes données n’étaient pas entièrement vérifiées (2004, Annexe D). L’édition 2023 place le cisaillement et la torsion à l’article 7.3.5, dans les méthodes de calcul simplifiées, et déplace l’ancrage vers les dispositions constructives, où les longueurs d’ancrage et de recouvrement au feu peuvent être prises égales aux valeurs à température ambiante (art. 9.2(1)).

La voie tabulée est inchangée sur ce point. Lorsque les dimensions minimales de l’article 6 sont respectées, les vérifications complémentaires du cisaillement, de la torsion et de l’ancrage peuvent être omises (art. 6.1(7) ; 2004, 5.1(3)). Le changement concerne les éléments vérifiés par calcul. L’article 7.3.5 distingue deux cas :

• Éléments avec ferraillage de cisaillement (art. 7.3.5.3). La section réduite de l’art. 7.3.2 s’applique, et la résistance du béton est prise au point M. La résistance des étriers est réduite en utilisant la température au point P, intersection de l’étrier avec la section à mi-hauteur de l’âme. (Voir l’image ci-dessous) Les méthodes de cisaillement de l’EN 1992-1-1 sont ensuite appliquées à la section réduite. Dans les dalles plates, les étriers verticaux ou les goujons ne sont pris en compte que lorsqu’ils coupent la surface de rupture de contrôle dans la géométrie réduite, et la torsion suit la même logique (art. 7.3.5.3(6), 7.3.5.4).
• Éléments dont la résistance au cisaillement dépend de la résistance en traction du béton (art. 7.3.5.2). Les éléments précontraints ainsi que les éléments en béton non armé ou faiblement armé exigent une prise en compte particulière des contraintes de traction dues aux distributions non linéaires de température, par exemple dans les dalles allégées et les poutres épaisses. La résistance en traction est sinon ignorée, et lorsqu’elle est utilisée, la réduction suit les expressions (5.21) et (5.22) (art. 5.3.1.2).

Nouvelle édition, nouvelle structure : où trouver ce dont vous avez besoin

Et puis, il y a les nouveautés

• Choix nationaux réduits – L’avant-propos de 2004 énumère seize articles ouverts au choix national. L’avant-propos de 2023 en énumère trois. Ne relèvent plus d’un choix national : la plage de conductivité, le seuil d’humidité, la limite d’excentricité de la Méthode A, le niveau de charge de référence ηfi, et la décision d’autoriser ou non les méthodes avancées. (2023 0.5 ; avant-propos 2004, 3.3.3, 4.1, 4.5.1, 5.2(3), 5.3.2)
• Méthode A, excentricité – L’excentricité du premier ordre en situation d’incendie est limitée à un quart de la dimension de la section et est fixée dans la norme. La valeur recommandée en 2004 était 0,15h. (2023, 6.3.2.2(2)b ; 2004, 5.3.2(2))
• Phase de refroidissement – Des formules donnent la résistance du béton chauffé jusqu’à une température maximale puis refroidi jusqu’à 20 °C. Le texte de 2004 indiquait seulement qu’un éventuel gain de résistance au refroidissement ne devait pas être pris en compte. (2023, 5.3.1.1(5), 4.3(1) ; 2004, 3.2.2.1(7))

L’approche IDEA StatiCa : la vérification de section aujourd’hui et demain

Ce que couvre RCS

L’application IDEA StatiCa RCS répond rapidement à une question : une section satisfait-elle les données tabulées ? Il est utile de préciser cette limite, car c’est là que la seconde génération sépare la voie tabulée des voies de calcul. La résistance au feu dans RCS est disponible pour les dalles, les voiles, les poutres, les poteaux et les poteaux élancés. La fonctionnalité est sélectionnée dans l’assistant de projet sous le nom Résistance au feu EN 1992-1-2:2006-11.

• Poteaux – Méthode A et Méthode B
• Poutres – Sections rectangulaires, en T et en I uniquement. Il faut distinguer les poutres à travée unique des poutres continues, et pour une poutre continue, la position de la section le long de la poutre doit être définie, ce qui a un impact significatif sur la vérification. Les valeurs vérifiées sont la largeur de l’âme et la distance entre la couche d’armatures extérieure et la surface exposée la plus proche.
• Dalles – Dalles portant dans une direction et dans deux directions, dalle continue appuyée sur des voiles et dalle continue appuyée sur des poteaux.
• Voiles – Voiles porteurs et voiles non porteurs

Pourquoi s’appuyer sur des tableaux alors que l’on peut calculer la température réelle ?

Les tableaux permettent de vérifier rapidement la résistance au feu, mais ils ne couvrent que certaines formes de section, dimensions, distances à l’axe et conditions d’incendie. 

Cela convient pour les projets neufs, où l’on peut ajuster la section si elle ne satisfait pas la vérification. Mais pour les éléments existants, la géométrie est déjà figée, et une section qui s’écarte du tableau de quelques millimètres seulement n’a aucune solution fondée sur les tableaux.

C’est là que le calcul du champ de température réel fait la différence. Au lieu de s’appuyer sur des valeurs prédéfinies, vous pouvez calculer la diffusion de la chaleur dans la section réelle et utiliser ces températures pour vérifier sa capacité. L’application Section fait exactement cela : elle analyse la section réelle et la disposition du ferraillage, puis vérifie sa résistance au feu à partir des températures calculées.

Ce qu’apporte la nouvelle application Section

Découvrez un exemple de poutre de toiture dans Section. Une vérification par tableau donne un oui ou un non pour une distance à l’axe. Avec l’application Section, la même section renvoie un taux de travail. Pour voir à quoi ressemble la méthode avancée sur un élément réel, nous avons traité une poutre de toiture dans l’application Section (BETA). La situation d’incendie est activée dans le même projet que les vérifications à température normale, il n’y a donc pas de second modèle. Les effets de charge en situation d’incendie sont saisis dans un groupe distinct de celui des effets ELU et ELS, car les efforts internes en cas d’incendie diffèrent de ceux à température normale.

La section modélisée est une poutre préfabriquée en I de 1140 mm de hauteur, avec plusieurs diamètres de barres et une disposition optimisée selon les besoins du fabricant. La classe de résistance au feu est R60 ; la courbe d’incendie est la courbe d’incendie normalisée de l’EN 1991-1-2 ; et les faces exposées au feu sont la face inférieure, la face gauche et la face droite. L’utilisateur choisit les faces exposées parmi quatre options (haut, bas, gauche, droite – voir les images ci-dessous), et l’application déduit les bords réellement exposés, tracés en rouge, y compris dans les angles rentrants tels que les jonctions âme-semelle. La section est la section médiane, et son chargement dans cet exemple se limite à un moment fléchissant.

Distribution de température – L’application génère un maillage plus fin de la section et calcule le champ de température par pas de temps jusqu’à 60 minutes (60 minutes dans ce cas, jusqu’à 240 minutes au maximum). Sur la carte thermique, l’intrados et les angles inférieurs sont les zones les plus chaudes, et la température chute fortement vers le centre de l’âme. La vue des données indique la température des éléments de béton et de chaque barre individuelle. Par exemple, la barre d’angle la plus basse atteint 480 °C, tandis que les barres au milieu de la semelle supérieure sont presque à température ambiante. Un tableau ne peut pas montrer cet écart ; il fonctionne avec une seule distance à l’axe nominale.

À partir de ces températures, l’application déduit les propriétés réduites des matériaux à l’aide de coefficients de réduction pour la résistance du béton, la limite d’élasticité et la limite de proportionnalité des armatures, ainsi que le module d’élasticité. Elle utilise les coefficients de réduction de l’EN 1992-1-2. La carte des coefficients montre ce qui gouverne réellement la vérification. Dans cette poutre, la barre la plus basse conserve 60 % de sa limite d’élasticité, et le béton des angles de la semelle inférieure conserve environ 6 % de sa résistance. Enfin, l’application Section utilise des formules pour faciliter la lecture des résultats. Par exemple, la vérification en flexion correspond à la même réponse qu’à température normale, évaluée cette fois avec les résistances réduites.

Conclusion

Qu’un ingénieur lise directement la seconde génération de l’EN 1992-1-2 ou qu’il laisse le logiciel faire le travail, le point de départ est le même. Les données tabulées restent la vérification rapide et du côté de la sécurité pour les éléments neufs et réguliers. Pour ceux qui étudient la norme, les changements présentés ci-dessus montrent en quoi les règles de 2023 diffèrent de l’édition 2004. Lorsque le tableau n’est pas satisfait ou ne s’applique pas, la norme renvoie aux méthodes de calcul avancées, et l’application Section suit cette voie : elle détermine la température de chaque barre et de chaque élément de béton, applique les propriétés réduites des matériaux et renvoie un taux de travail au lieu d’un simple résultat favorable/défavorable. Comme elle reflète le comportement réel de la section, elle constitue une alternative pratique, rapide et précise à la voie tabulée.